แสงโค้ง
ความนิยมของผู้ชม: / 3
แย่มากดีมาก 

 

            กดสวิทซ์ เปิด/ปิด รอสักครู่ จะมีลำแสงสีแดงออกมาจากหลอดเลเซอร์พุ่งผ่านเข้าไปในของเหลวที่บรรจุอยู่ในภาคนะโปร่งใสรูปกล่องสี่เหลี่ยมยาวประมาณ 80 เซนติเมตร ท่านจะเห็นลำแสงในของเหลวนั้นเดินทางเป็นเส้นโค้งลง ดังแสดงในรูปที่ 1 ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นได้อย่างไร? แล้วคำกล่าวที่ว่า “แสงเดินทางเป็นเส้นตรง” ซึ่งเป็นที่คุ้นเคยกันนั้น ไม่ถูกต้องเช่นนั้นหรือ?
            เพื่อเป็นแนวทางในการหาคำตอบ ท่านอาจสังเกตการณ์เพิ่มเติม โดยการทดลองปรับระดับหลอดเลเซอร์ให้สูงขึ้นหรือต่ำลง หรือปรับเปลี่ยนมุมยิงลำแสงเลเซอร์ที่เข้าสู่ของเหลวให้มีมุมตกกระทบต่างๆ กัน พร้อมสังเกตผลที่เกิดขึ้น

รูปที่ 1

คำอธิบายโดยสังเขป
            ข้อความ “แสงเดินทางเป็นเส้นตรง” นั้น โดยทั่วไปได้ละที่จะกล่าวถึงเงื่อนไขของสถานการณ์ไว้ เงื่อนไขดังกล่าวคือ “ตัวกลางที่แสงเดินทางผ่านนั้นจะต้องมีเนื้อเดียวสม่ำเสมอ” หรือกล่าวในเชิงทัศนศาสตร์ได้ว่า ดัชนีหักเหแสงของตัวกลางต้องมีค่าคงที่ในทุกตำแหน่ง เมื่อพิจารณาข้อความข้างต้นอย่างสมบูรณ์แล้วไม่สามารถโต้แย้งได้ว่าไม่จริง แต่กลับนำมาอธิบายปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในชุดสาธิตนี้ได้ กล่าวคือการที่แสงเดินทางในของเหลวเป็นเส้นโค้งลง แสดงว่าของเหลวนี้มีเนื้อไม่สม่ำเสมอ และสรุปได้ว่าดัชนีหักเหของของเหลวมีค่าเพิ่มขึ้นตามความลึก ข้อสรุปนี้ใช้ความรู้เกี่ยวกับการหักเหของแสง ซึ่งอธิบายได้โดยพิจารณาตัวกลางที่มีดัชนีหักเหเพิ่มขึ้นตามความลึกเป็นชั้นๆ ดังรูปที่ 2 แสงที่เดินทางจากตัวกลางที่มีค่าดัชนีหักเหน้อยสู่ตัวกลางที่มีดัชนีหักเหมาก ลำแสงจะหักเหเบนเข้าหาเส้นปกติ และในทางกลับกัน แสงที่เดินทางจากตัวกลางที่มีค่าดัชนีหักเหมากสู่ตัวกลางที่มีดัชนีหักเหน้อย ลำแสงจะหักเหเบนออกจากเส้นปกติ ตามกฎการหักเห ซึ่งมีความสัมพันธ์ดังนี้
 
 n1sinθ1 = n2sinθ2

เมื่อ n1 และ n2 เป็นดัชนีหักเหของตัวกลางแรก และตัวกลางหลังตามลำดับ
      θ1 และ θ2  เป็นมุมตกกระทบและมุมหักเหตามลำดับ

รูปที่ 2 และ 3

            ดังนั้นถ้าค่าดัชนีหักเหเพิ่มขึ้นตามความลึก ทางเดินของแสงจะหักเหต่อเนื่องกันเป็นเส้นโค้งลงเสมอแม้ว่าแนวลำแสงที่เข้าสู่ตัวกลางนั้นจะเป็นมุมเงยก็ตาม ดังแสดงรูปที่ 3 ในทางกลับกันถ้าค่าดัชนีหักเหลดลงตามความลึก ทางเดินแสงจะโค้งขึ้น
            ของเหลวที่ใช้ในชุดสาธิตนี้เป็นน้ำเชื่อม และการเตรียมให้มีความเข้มข้นเพิ่มขึ้นตามความลึกนั้นก่อนอื่นต้องเตรียมน้ำเปล่าไว้ประมาณ 1 ใน 4 ของภาชนะ แล้วเตรียมน้ำเชื่อมให้มีความเข้มข้นมากๆ ปริมาณเป็น 2 เท่าของน้ำเปล่า รินน้ำเปล่าลงไปในภาชนะก่อนจากนั้นจึงรินน้ำเชื่อมลงไปอย่างช้าๆ น้ำเชื่อมจะจมลงไปอยู่ข้างล่างใต้น้ำเปล่า ขณะเดียวกันโมเลกุลของน้ำตาลบางส่วนจะแพร่ขึ้นสู่น้ำเปล่าที่อยู่ข้างบน ความเข้มข้นของน้ำเชื่อมจึงลดลงอย่างต่อเนื่องในทิศขึ้นตามแนวดิ่ง เนื่องจาดัชนีหักเหของสารละลายขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารละลายนั้น ดังนั้นดัชนีหักเหของน้ำเชื่อมจึงมีค่าเพิ่มขึ้นตามความลึก


ความเกี่ยวข้องกับสิ่งรอบตัว
                แสงเดินทางเป็นเส้นโค้งในตัวกลางที่ไม่สม่ำเสมอ เป็นปรากฏการณ์สามัญในธรรมชาติ เช่น ปรากฏการณ์ “ภาพลวงตาหรือมิราจ (mirage)” และการเดินทางของแสงจากดวงดาวเข้าสู่บรรยากาศของโลก เป็นต้น แต่เราไม่สามารถมองเห็นทางเดินของแสงได้ชัดเจนเหมือนที่เห็นในชุดสาธิตนี้
                “มิราจ” เป็นปรากฏการณ์หนึ่งที่เกิดจากแสงเดินทางผ่านอากาศที่มีดัชนีหักเหเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องเหนือพื้นดินที่ร้อนระอุ อากาศที่อยู่ใกล้พื้นดินจะร้อนกว่าอากาศชั้นที่สูงขึ้นไป ความหนาแน่นของอากาศที่อยู่ใกล้พื้นดินจึงน้อยกว่าชั้นที่อยู่สูงกว่าเป็นลำดับ ทำให้ดัชนีหักเหของอากาศเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องในทิศขึ้นตามแนวดิ่ง แสงที่ผ่านอากาศเช่นนี้จึงหักเหโค้งขึ้น เมื่อเราดูวัตถุไกลๆ เหนือพื้นดินที่ร้อนระอุ บางครั้งพบว่าภาพที่เห็นนั้นมีบางส่วนหายไป เนื่องจากแสงจากส่วนนั้นของวัตถุหักเหโค้งขึ้นไม่เข้าสู่นัยน์ตาเรา
                แสงจากดวงดาวเดินทางผ่านสุญญากาศ เข้าสู่บรรยากาศของโลกจากชั้นบนสุดเบาบางผ่านชั้นบรรยากาศที่หนาแน่นขึ้นเรื่อยๆ จนถึงผิวโลก แสงดังกล่าวจะหักเหโค้งลงสู่ผิวโลก เนื่องจากดัชนีหักเหเพิ่มขึ้นตามความหนาแน่นของบรรยากาศ ดังนั้นดวงดาวที่เราเห็นจึงอยู่สูงกว่าตำแหน่งจริง (เทียบกับขอบฟ้า) โดยเฉพาะอย่างยิ่งดวงดาวที่อยู่ใกล้ขอบฟ้า

ตัวอย่างเอกสารค้นคว้าเพิ่มเติม
                ตำราฟิสิกส์พื้นฐานทั้งหลาย โดยเฉพาะตรงเรื่องของทัศนศาสตร์

การทดลองเรื่องการสะท้อนและการหักเหของแสง

     ท่านจะได้ทดลองส่องแสงไฟผ่านตัวกลาง  ชนิด เพื่อตรวจสอบการหักเหของแสง  และท่านยังสามารถเปลี่ยนค่าดัชนีหักเห  มุมตกกระทบได้อีกด้วย คลิกค่ะ   

 


 

 

 


Views: 3466

Be first to comment this article

Only registered users can write comments.
Please login or register.

Powered by AkoComment Tweaked Special Edition v.1.4.6
AkoComment © Copyright 2004 by Arthur Konze - www.mamboportal.com
All right reserved

 
< ก่อนหน้า   ถัดไป >

Statistics

สถิติผู้เยี่ยมชม: 43886134

Who's Online

ขณะนี้มี 159 บุคคลทั่วไป ออนไลน์